DE2431544C2 - Zentrifugalpumpe - Google Patents

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Zentrifugalpumpe mit einem Pumpengehäuse, in dem ein Radiallaufrad angeordnet ist und das einen Saugkanal und einen das Laufrad umgebenden Druckkanal aufweist und mit einem Reguliermechanismus für die Fördermenge, bestehend aus einem axial verschiebbaren zylindrischen Drosselschieber zur Drosselung arn Laufradaustritt, wobei der Drosselschieber am Außenumfang angeordnete Durchlässe aufv/eist. die in beliebiger Stellung des Drosselschiebers den Saugkanal: mit dem Druckkanal verbinden.

Eine bekannte derartige Zentrifugalpumpe (DK-PS 14 529) ermöglicht es, die einer Zirkulationsanlage zugeführte Flüssigkeitsmenge zu regulieren, z. B. Wasser für ein Heizsystem, so daß einerseits die Anzahl der erforderlichen Standardgrößen der Pumpe begrenzt sein und andererseits die während des Betriebes zirkulierende Wassermenge eingestellt werden kann. Der Reguliermechanismus dieser Pumpe soll vermeiden, daß beim Drosseln, aufgrund des hohen Druckes in den Rohren ein unangenehmes Rauschen auftritt und daß durch die alleinige Nebenwegregulierung ein hoher Kraftverbrauch eintritt, unter der Voraussetzung, daß der Saugdruck z. B. mittels eines Ausdehnungsgefäßes konstant gehalten wird. Dies gelingt jedoch nicht in jedem Falle zufriedenstellend, was darauf zurückzuführen ist, daß bei dem bekannten Reguliermechanismus der Drosselschieber mit Hilfe einer Schraubenspindel mit großer Steigung von Hand verstellbar ist. Die Handverstellbarkeit hat zur Folge, daß im wesentlichen nur bei Einbau der Pumpe, z. B. in ein Heizungssystem, eine Einstellung zur einmaligen groben Anpassung an die zu erwartenden Betriebsverhältnisse erfolgen kann. Diese Einstellung wird auf maximale Belastungsverhältnisse eingerichtet und sie trägt Veränderungen der Belastungsverhältnisse während des Betriebes, z. B. durch Abstellen einer Anzahl von Heizkörpern in dem Heizungssystem, nicht Rechnung, weil eine selbsttätige Verstellfunktion für eine variable Anpassung fehlt

Ferner ist eine Zentrifugalpumpe bekannt (DE-PS 8 81 306), bei der der Laufradaustritt gegen den Druckkanal des Gehäuses mittels eines zylindrischen Absperrteiles absperrbar ist, der von einem Kolben getragen wird, der teils vom Förderdruck der Pumpe und teils υ von einer ihn in Schließrichtung belastenden Feder beaufschlagt ist. Es handelt sich dabei um sogenannte »Spaltringschütze«, die dazu dienen, bei abgesperrter Pumpendruckleitung aber weiterlaufender Pumpe das Laufrad gegen das Druckgehäuse abzusperren, um hydraulische Verluste möglichst gering zu halten. Bei geschlossener Entleerungsleitung herrscht in beiden Druckräumen beiderseits des Koibens ein gleicher oder zumindest gleichwertig hoher Druck, so daß die Federkraft überwiegt und die Spaltringschütze in Schließstcllung hält oder in diese verschiebt. Bei geöffneter Entlecrungsleitung ist dagegen der vom Laufrad entfernte Druckraum drucklos, weil die von einer Stelle des Laufrades zuströmende Druckflüssigkeit durch die Entleerungsleitung stets wieder abfließen kann, so daß der Druck im laufradseitigen Druckraum Kolben und Spaltringschütze unter Überwindung der Federkraft in die Öffnungsstellung verschiebt. Durch Öffnen und Schließen der Entleerungsleitung wird also das öffnen und Schließen der Spaltringschütze bewirkt. Eine selbsttätige regulierte Teilverstellung des Kolbens mit Absperrteil in Abhängigkeit vom Pumpenförderdruck einerseits und vom jeweiligen Saugdruck andererseits ist nicht möglich, weil die Drücke auf beiden Seiten des Kolbens in Übereinstimmung mit der Öffnung oder Schließung der Entleerungsleitung entweder abgleich oder gleich sind und entsprechend der Absperrteil nur eine volle Öffnung oder totale Schließung des Auslasses des Laufrades bewirkt.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, den handbetätigbaren Reguliermechanismus für die Fördcrmenge nach DK-PS 1 14 529 so auszugestalten, daß diese veränderten Betriebsbedingungen kontinuierlich selbst tätig angepaßt wird.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst. daß die Durchlässe als Durchbrechungen ausgebildet sind, daß der Drosselschieber mit einem frei beweglichen Kolben verbunden ist, der von dem Druck im Druckkanal und von dem Druck im Saugkanal verstellbar ist und daß mit dem Kolben eine Feder verbunden ist, die dem Einfluß von Druckdifferenzänderungen auf beiden Seiten des Kolbens entgegenwirkt.

Durch diese Ausbildung wird durch die Durchbrechungen des Drosselschiebers die Druckseite mit dem axialen Laufradeintritt verbunden. Es ergibt sich wiihrend des Betriebes der Zentrifugalpumpe eine selbsttätige Verstellung des Kolbens mit dem Drosselschieber derart, daß die Fördermenge immer dem Förderdruck einerseits und dem jeweiligen Saugdruck andererseits angepaßt ist und die Regulierung von variierenden b5 Druckdifferenzen der Pumpe des betreffenden Systems unabhängig ist. Die Druckdifferenzen auf beiden Seiten des Kolbens werden im Wechselspiel mit der Federkraft dazu ausgenutzt, in Abhängigkeit vom jeweiligen For-

derdruck und vom jeweiligen Saugdruck den Drosselschieber so einzustellen, daß der Enddruck nie einen der maximal zulässigen Fördergeschwindigkeit entsprechenden vorbestimmten Wert übersteigt. Eine derartige Begrenzung des Maximalanstieges des Druckes ermöglicht es, Zentrifugalpumpen derselben Größe bei einer großen Anzahl von Systemen verschiedener Größe und schwankender Einlaßdrücke zu verwenden.

Ein Anstieg des Förderdruckes der Pumpe, z. B. durch Abstellen einer Anzahl von Heizkörpern, verschiebt den Kolben und den Drosselschieber, so daß der Durchgang vom Laufradaustritt zum Druckkanal verengt wird, was zur Folge hat, daß eine geringere Wassermenge gepumpt wird. Dem Verschieben des Kolbens und des Drosselschiebers wirkt jedoch gleichzeitig die leicht verstärkte Spannung der Feder entgegen, wodurch ein neuer Gleichgewichtszustand erreicht wird, der den geänderten Betriebsbedingungen entspricht Die Federspannung wird also nicht nur infolge der Variationen im Förderdruck, sondern auch bei Änderungen des Drukkes auf der Saugseite und Druckseite geändert, weshalb ein und dieselbe Pumpe in völlig unterschiedlichen Systemen verwendet werden kann. Gleichgroße Zentrifugalpumpen sind durchaus sowohl für ein System mit eigenem Kessel als auch für ein an ein Fernheizwerk angeschlossenes System geeignet.

Nachfolgend werden Ausführungsbeispiele der Erfindung unter Bezugnahme auf die Zeichnung näher erläuicrl:

F i g. 1 ist ein Diagramm des Verhältnisses zwischen Druck und Fördermenge, wenn die Fördermenge der Pumpe in bekannter Weise geregelt wird,

F i g. 2 zeigt in entsprechender Weise ein Diagramm für die erfindungsgemäße Zentrifugalpumpe.

Fi g. 3 ist ein Schnitt durch Teile einer Ausführungsform der erfindungsgemäßen Zentrifugalpumpe,

Fig.4 zeigt eine zweite Ausführungsform der erfindungsgemäßen Pumpe.

In den Fig. 1 und 2 gibt die Ordinate den Förderdruck einer Pumpe und die Abszisse die Fördermenge an. Die Kurve 10 betrifft eine Pumpe, die ausschließlich durch Drosselung des Laufradaustritts geregelt wird, und es zeigt sich, daß der Druck nicht fällt, wenn die Fördermenge von Qmax auf Q verringert wird. Die Kurve 11 betrifft eine Pumpe mit ausschließlicher Nebcnwegre^ulierunij. wobei ein R?nin!errege!.ⁿ. eine Druckabnahme bewirkt, während die durch das Laufrad fließende Menge unverändert bleibt. Durch die letztgenannte Art der Regulierung wird ein Röhrenrauschen in dem Zirkulationssystem vermieden, jedoch auf Kosten der Wirtschaftlichkeit, da die Pumpe noch die maximale Wassermenge pumpen muß. Kurve 12 zeigt die Bedingungen bei einer Kombination von Drosselung und Nebenleitung, wobei ein Herunterregeln sowohl den Druck als auch die Wassermenge verringert. Diese Regelung ist aus der DK-PS 1 14 529. Fig.4 bereits bekannt.

In F i g. 2 entspricht die Kurve 13 der entsprechenden Maximalkurve in F i g. 1. Jedoch steigt bei abnehmender Wassermenge der Druck in der erfindungsgemäßen Zentrifugalpumpe nur bis zu einem bestimmten Grad an und folgt dann einer der waagerechten Linien 14. von denen jede einen Maximaldruck darstellt, der durch den erfindungsgemäßen Regulierungsmechanismus, oder genauer gesagt durch die Federspannung, bestimmt wird. Unabhängig davon, ob die Wassermenge Qmax oder Q ist. steigt der Dr j?k nicht über den z. B. durch die oberste Linie 14 in F i g. 2 bestimmten Wert an.

Bei der in F i g. 3 gezeigten Ausführungsform der erfindungsgemäßen Zentrifugalpumpe ist das Pumpengehäuse in herkömmlicher Weise ausgebildet, und zwar mit einem Saugkanal 15, einem Druckkanal 16, einem Radiallaufrad 17, einem axial verschiebbaren Element, das mit einem zylindrischen Drosselschieber 18 ausgebildet ist. welches in der gezeigten Stellung den Laufradaustritt in freier Verbindung mit dem Druckkanal 16 läßt aber bei axialer Aufwärtsverschiebung den Laufradaustritt immer mehr drosselt. Der Drosselschieber 18 hat Durchbrechungen 19 zur Verbindung des Saugkanais 15 mit dem Laufradeintritt. Bei axialer Verschiebung in Richtung auf das Laufrad schaffen die genannten Öffnungen in allmählich steigendem Maße einen Nebenweg vom Druckkanal der Pumpe zum Laufradeintritt und dadurch mit Saugkanal 15.

Somit bildet das gezeigte verschiebbare Element einen Regulierungsmechanismus zur Doppelregulierung, wobei ein zunehmendes Drosseln des Laufradaustritts gleichzeitig mit einem erhöhten Durchfluß in dem Nebenkanal vor sich geht.

Gemäß der vorliegenden Erfindung besteht das axial verschiebbare Element aus einem Kolben, welcher in der in Fig.3 gezeigten Ausführungsform als Beden 20 für den zylindrischen Drosselschieber 18 ausgebildet ist. Im Hinblick auf die Strömungsbedingungen am Laufradeintritt ist der Boden vorzugsweise gewölbt, wobei die konvexe Seite dem Laufradeintritt zugekehrt ist. !n dem dem Laufradeintritt abgekehrten Raum ist der Boden 20 dem Druck im Druckkanal ausgesetzt, wozu ein Kanal 21 von dem genannten Raum zum Druckkanal 16 verläuft.

Steigt der Förderdruck an, z. B. durch Abstellen einer Anzahl von Heizkörpern in einem Heizsystem, in das die Pumpe eingesetzt ist, so steigt der Druckunterschied zwischen den Seiten des als Boden ausgebildeten Kolbens an, so daß das verschiebbare Element und folglich auch der Drosselschieber 18 verschoben werden, um am Laufradaustritt zu drosseln. Dadurch wird die Fördermenge der Pumpe verringert.

!edoch wirkt der Verschiebung eine Feder 22 entgegen, welche mit dem Boden 20 so in Verbindung steht, daß sich ihre Spannung während der Verschiebung des Bodens erhöht, was auf die erhöhte Druckdifferenz zurückzuführen ist. Die elastische Kraft, die mi: einem Handrad (nicht gezeigt) uuer anderweitig eingestellt werden kann, wirkt der durch die Druckdifferenz erzeugten Kraft entgegen. Bei der Feder kann es sich wahlweise um eine Druckfeder oder eine Zugfeder handeln, wobei ihre Verbindung mit dem axial verschiebbaren Element entsprechend gestaltet ist. In der in F i g. 3 gezeigten Ausführungsform wird eine Zugfeder verwendet.

Fig.4 zeigt eine Ausführungsform der Zentrifugalpumpe, deren Teile, die den in F i g. 3 gezeigten entsprechen, die gleichen Bezugsziffern haben.

Der mit dem Drosselschieber 18 verbundene Kolben 23 ist mit Hilfe von Verbindungselementen 24 an diesem angebracht, und !er Kolben 23 befindet sich auf der dem Laufndeintritt abgekehrten Seite des Laufrades. 1st der Laufradaustritt, wie auf der linken Seite von F i g. 4 gezeigt, ganz offen, so befindet si':h der Kolben 23 in seiner untersten Stellung und bildet im Pumpengehäuse eine Wand, die mit der oberen Seite des Druckkanals 16 in einer Ebei:? liegt. Wenn der Drosselschieberteil 18 den Laufradaustritt sperrt, wie auf der rechten Seite von Fig.4 gezeigt, nimmt der Kolben 23 seine oberste Stellung ein.

Ein Raum oberhalb des Kolbens 23 befindet sich immer in Verbindung mit dem Laufradeintritt, z. B., wie gezeigt, durch einen oder mehrere Kanäle 25, so daß in diesem Raum immer der gleiche Druck wie auf der Saugseite der Pumpe vorherrscht.

Die Feder 22, welche in F i g. 4 als Zugfeder gezeigt ist, befindet sich über eine Spindel 26 und Arme 27 in fester Verbindung mit dem Drosselschieber 18. Die Spannung der Feder hält der durch die Druckdifferenz auf beiden Seiten des Kolbens erzeugten Kraft das Gleichgewicht, wobei diese Differenz dadurch erzeugt wird, daß auf der oberen Seite des Kolbens 23 immer der Druck im Saugkanal 15 und auf der unteren Seite der Druck im Druckkanal 16 vorhanden ist. Wie bei der in Fig. 3 gezeigten Ausführungsform führt auch hier eine steigende Druckdifferenz dazu, eine zunehmende Drosselung durch Verschiebung des Kolbens 23 und folglich des Drosselschiebers 18 zu bewirken, während die Feder 22 für eine Begrenzung der angestrebten Verschiebung sorgt.

Hierzu 3 Blatt Zeichnungen

Claims (3)

Patentansprüche:

1. Zentrifugalpumpe mit einem Pumpengehäuse, in dem ein Radiallaufrad angeordnet ist und das einen Saugkanal und einen das Laufrad umgebenden Druckkar.ai aufweist und mit einem Reguliermechanismus für die Fördermenge, bestehend aus einem axial verschiebbaren zylindrischen Drosselschieber zur Drosselung am Laufradaustritt, wobei der Drosselschieber am Außenumfang angeordnete Durchlässe aufweist, die in beliebiger Stellung des Drosselschiebers den Saugkanal mit dem Druckkanal verbinden, dadurch gekennzeichnet, daß die Durchlässe als Durchbrechungen (19) ausgebildet sind, daß der Drosselschieber (18) mit einem frei beweglichen Kolben (20; 23) verbunden ist, der von dem Druck im Druckkanal und von dem Druck im Saugkanal verstellbar ist und daß mit dem Kolben (20; 23) eins Feder (22) verbunden ist, die dem Einfluß von Drtjckdifferenzänderungen auf beiden Seiten des Kolbens (20; 23) entgegenwirkt.

2. Zentrifugalpumpe nach Anspruch I₁ dadurch gekennzeichnet, daß der Kolben (20) an der Saugseite der Pumpe angeordnet ist, und daß die der Saugseite abgewandte Seite des Kolbens (20) über einen Kanal (21) mit dem Druckkandl (16) verbunden ist.

3. Zentrifugalpumpe nach Anspruch I₁ dadurch gekennzeichnet, daß der Kolben (23) an der Druckseite der Pumpe angeordnet ist und daß die der Druckseite abgewandte Seite des Kolbens (23) über mindestens einen Kanal (25) mit dem Saugkanal (15) oder dem axialen Einlaß des Laufrades (17) verbunden ist.